В статье автор говорит о том, что гемоглобин — это гораздо больше, чем просто переносчик кислорода. Это многофункциональная молекула, участвующая в регуляции кровотока, иммунном ответе и, возможно, влияющая на микробиом кишечника. Дальнейшие исследования гемоглобина могут привести к новым открытиям в понимании и лечении различных заболеваний.

Ключевые слова: роль гемоглобина в организме человека, железо, белок переносчик кислорода, регуляция кровотока.

Гемоглобин — белок красных кровяных телец, эритроцитов — играет критически важную роль в организме. На текущий момент, на основании проведенных исследований, известно, что он осуществляет перенос кислорода от легких к тканям и углекислого газа в обратном направлении, однако дальнейшие исследования могут раскрыть другие, не менее важные функции этой молекулы. Помимо переноса кислорода, гемоглобин может участвовать в процессах окислительного стресса. Исследования in vitro и in vivo показывают, что при определенных условиях (например, при высвобождении из эритроцитов) гемоглобин может генерировать активные формы кислорода (АФК), способствуя повреждению тканей. Дальнейшее изучение механизмов взаимодействия гемоглобина с АФК необходимо для понимания его роли в патогенезе различных заболеваний, включая ишемическое повреждение и воспаление. Перспективным направлением является разработка веществ, снижающих прооксидантные свойства гемоглобина.

Ключ к кислородной связи — железо. Центральным элементом гемоглобина является железо (Fe), расположенное в структуре гема — небелковой части молекулы. Именно железо способно обратимо связываться с кислородом. Железо должно находиться в двухвалентном состоянии (Fe²⁺) для эффективного связывания. Окисление железа до трехвалентного состояния (Fe³⁺) превращает гемоглобин в метгемоглобин, неспособный переносить кислород. Поддержание железа в нужном состоянии — критически важная задача, за которую отвечают специальные ферменты в эритроцитах.

Гемоглобин и регуляция кровотока: NOвые горизонты

В последние годы ученые обнаружили, что гемоглобин участвует в регуляции кровотока, используя молекулу оксида азота (NO). NO является мощным вазодилататором — веществом, расширяющим кровеносные сосуды. Оказалось, что гемоглобин способен связывать NO в легких и высвобождать его в тканях, где концентрация кислорода низкая. Этот процесс, известный как S-нитрозилирование гемоглобина, способствует расширению сосудов именно там, где это необходимо — в активно работающих мышцах, например. Таким образом, гемоглобин не только доставляет кислород, но и активно регулирует его распределение по организму.

Более того, существуют данные, указывающие на роль гемоглобина в иммунной системе. При повреждении эритроцитов, гемоглобин высвобождается в кровь. Свободный гемоглобин, в отличие от связанного в эритроцитах, является токсичным и может вызывать воспаление. Однако, существуют механизмы, нейтрализующие свободный гемоглобин. Гаптоглобин — белок плазмы крови — связывается со свободным гемоглобином и доставляет его в печень для переработки. Дефицит гаптоглобина может приводить к накоплению свободного гемоглобина и развитию гемолитической анемии.

Нарушения в структуре и функции гемоглобина лежат в основе различных заболеваний, таких как серповидноклеточная анемия и талассемия. Однако, всё больше данных свидетельствуют о том, что изменения в уровне и функции гемоглобина могут играть роль и в развитии других хронических заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания и диабет. Например, повышенный уровень гликированного гемоглобина (HbA1c) — маркера, используемого для диагностики диабета — указывает на хронически повышенный уровень глюкозы в крови. Это говорит о том, что гемоглобин может быть не только индикатором, но и участником патогенеза этих заболеваний.

Возможно, гемоглобин, попадающий в кишечник (например, при скрытых кровотечениях), оказывает влияние на состав микробиома. Железо, содержащееся в гемоглобине, является важным микроэлементом для многих бактерий. Избыток железа в кишечнике может способствовать росту определенных видов бактерий, в том числе патогенных, и нарушению баланса микробиома. Это, в свою очередь, может приводить к развитию воспалительных заболеваний кишечника и других проблем со здоровьем. Дальнейшие исследования в этой области могут открыть новые перспективы для профилактики и лечения этих заболеваний, например, путем разработки методов снижения биодоступности железа в кишечнике.

Уникальные свойства гемоглобина делают его привлекательной мишенью для разработки новых лекарственных препаратов. Одним из перспективных направлений является создание лекарств, которые могут модулировать S-нитрозилирование гемоглобина, регулируя кровоток в ишемизированных тканях. Другое направление — разработка ингибиторов окисления гемоглобина, которые могли бы предотвратить образование метгемоглобина и тем самым улучшить доставку кислорода. Исследования в области нанотехнологий открывают возможности для создания наночастиц, способных доставлять лекарства непосредственно к гемоглобину в эритроцитах, повышая эффективность лечения и снижая побочные эффекты.

Исследования, посвященные изучению адаптации к высокогорной гипоксии, показали, что у людей, живущих в горах, часто встречаются варианты гемоглобина с повышенным сродством к кислороду. Это позволяет им более эффективно захватывать кислород в условиях низкого парциального давления кислорода. Изучение молекулярных механизмов, лежащих в основе этой адаптации, может быть полезным для разработки новых методов лечения заболеваний, связанных с гипоксией, таких как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ).

Гемоглобин — это не просто белок-переносчик кислорода. Это многофункциональная молекула, играющая важную роль в регуляции кровотока, иммунитете и, возможно, в модуляции микробиома кишечника.

Дальнейшие исследования гемоглобина и его взаимодействия с другими системами организма помогут нам лучше понять механизмы развития болезней и разработать новые, более эффективные методы лечения. Железное сердце крови продолжает открывать нам свои секреты, и будущее медицинской науки обещает быть богатым на новые открытия в этой захватывающей области.

Литература:

1. Биохимия: учебник / ред. Е. С. Северин. — 5-е изд., испр. и доп. — Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2019. — 768 с.: ил. — Текст: непосредственный. — ISBN978–5–9704–4881–6

2. Комаров, Фёдор Иванович. Биохимические показатели в клинике внутренних болезней: Справочник / Ф. И. Комаров, Б. Ф. Коровкин. — Москва: МЕДпресс, 2000. — 232 с. — Текст: непосредственный. — ISBN5–93059–017–6

3. Северин Е. С., Алейникова Т. Л., Осипов Е. В., Силаева С. А. Б63 Биологическая химия. — Москва: ООО «Медицинское информационное агентство», 2008. — 364 с. — Текст: непосредственный. — ISBN 5–89481–458–8

4. Березов, Темирболат Темболатович. Биологическая химия: учебник для студентов медицинских вузов / Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин. — Изд. 3-е, стер. — Москва: Медицина, 2008. — 703, [1] с.: ил., табл.; 25 см. — (Учебная литература для студентов медицинских вузов). — Текст: непосредственный. — ISBN 5–225–04685–1 (В пер.)

5. Биохимия: учебник / В. В. Давыдов, Т. П. Вавилова, И. Г. Островская. — Москва: ГЭОТАР-медиа, 2022. — 704 с.: илл. — Текст: непосредственный. — DOI: 10.33029/9704–6953–8-BIO-2022–1–704 ISBN 978–5–9704–6953–8

6. Василенко Ю. К. Биологическая химия: учебное пособие / Ю. К. Василенко. — 2-е. — Москва: МЕДпресс-информ, 2016–432 c. — ISBN 9785000303450 — Текст: электронный // ЭБС «Букап»: [сайт]. — URL: https://www.books-up.ru/ru/book/biologicheskaya-himiya-276337 /. — Режим доступа: по подписке.

7. Биохимия в схемах и таблицах: учеб. пособие / [сост.: С. Р. Трофимова и др.]; под ред. Е. Г. Бутолина; ГБОУ ВПО «Ижевская государственная медицинская академия». — Ижевск: ИГМА, 2014 — http://medbibl.igma.ru:81/fulltext/000328/index / . — Режим доступа: по подписке